История науки и техники. Материалы и технологии Часть 2

подъёмных (возвратных) цилиндрах, когда в них подаётся жид­ кость высокого давления от насоса. Из рабочего цилиндра ра­ бочее тело при этом вытесняется в бак. Подъёмные цилиндры закреплены в нижней поперечине. Верхняя и нижняя поперечи­ ны стягиваются колоннами, которые одновременно являются направляющими для подвижной поперечины.

Если заготовка деформируется между плоскими (или вы­ резными) бойками последовательно участок за участком, то та­ кой процесс называется ковкой. Усилие гидравлических ковоч­ ных прессов доходит до 150 меганьютонов, а масса обрабаты­ ваемых на них слитков - до 600 т. Если же деформирование за­ готовки производится в штампе целиком, то такой процесс на­ зывают штамповкой. Гидравлические штамповочные прессы развивают усилия до 750 меганьютонов. Высота такого пресса над уровнем пола доходит до 36 м, масса - до 25 000 т.

Без таких машин не было бы ни автомобилей, ни современ­ ных кораблей, ни самолётов, ни генераторов, вырабатывающих электроэнергию. Много изделий получают штамповкой из не­ больших, а также из листовых заготовок. Стоит лишь зайти на кухню, чтобы убедиться в этом.

О некоторых фамилиях

Хотя в Великобритании фамилия Джонс издавна стала си­ нонимом понятия «средний англичанин», логичнее было бы, на­ верное, использовать для этой цели другую, еще более распро­ страненную фамилию - Смит. В настоящее время на Британ­ ских островах насчитывается 800 тыс. Смитов, в Соединен­ ных Штатах - их 2,3 млн., в Канаде - 74 тыс. Если к этому прибавить еще многие тысячи людей с такой фамилией в ос­ тальных англо-язычных странах, то оказывается, что она яв­ ляется одной из наиболее популярных в мире. Только в Лондон­ ской телефонной книге Смиты занимают 27 страниц!

Среди тех, кто носил эту фамилию, немало известных лич­ ностей. Так, Элизабет Смит - первая женщина, осмелившаяся надеть брюки и появиться в них на улице. Джей Смит изобрел липкую бумагу для мух, а Уильям Смит - плевательницу. В 1858 г. Гамильтон Смит из Питтсбурга положил начало про­ изводству стиральных машин, а его соотечественник Джоэл

Смит придумал пишущую машинку со шрифтом Брайля для слепых. В 1776 г. преподаватель университета Глазго Адам Смит опубликовал свой научный труд «Исследование о природе и причинах богатства народов», который стал настольной книгой для многих поколений политэкономов.

Всеред. XIX в. эта фамилия относилась к столь лее благо­ родным, как сейчас Виндзор и Черчилль. Во многих странах ми­ ра у Смитов есть однофамильцы. У немцев это - Шмидты, у испанцев - Эррера, у итальянцев - Фабри и Фаброни, у францу­ зов - Лефевры и Февры, у шотландцев - Гоуэнс или Коууэиес, у русских - Кузнецовы, у украинцев - Ковали и Ковальские.

ВСоединенных Штатах существует ассоциация амери­ канских Смитов, адрес которой - Смит-сенсер, город Смит, округ Смит, штат Канзас. В Форт-Смите, штат Аризона, из­ дается журнал «Смит оун»...

Тем не менее отнюдь не всех Смитов устраивает их столь популярная фамилия. Один из недовольных ею, английский свя­ щенник Брайан Смит, написал в 1896 г. такое стихотворение:

Я страстно хочу называться Браун иль Брайт, Пусть Эванс, пусть Томас, Джонс или Уайт...

Любая фамилия мне не претит, Но только не эта презренная - Смит.

Может быть, поэтому некоторые кузнецы уточнили свои фамилии: Несмит - гвоздочник; Эрроусмит - фабрикант стрел; Стирсмит - фабрикант нолсей; Голдсмит - золотых и серебряных дел мастер.

В Большой Советской Энциклопедии последнего издания при­ ведены краткие биографии 33 людей, носящих фамилию Кузне­ цов. Среди них - военные, ученые, инлееыеры, актеры, худоленики. В энциклопедии Брокгауза и Ефрона попали только четыре человека с фамилией Кузнецов (ни один из них не удостоен публи­ кации в БСЭ): два врача, меценат-купец и первая русская поэтес­ са из крестьян, больше известная как актриса - Прасковья Ива­ новна Кузнецова-Горбунова (1768-1803 гг.). Она была дочерью крепостного кузнеца и крепостной села Кусково (сейчас в черте Москвы). С 14 лет Прасковья Ивановна была «при верхе актри­

стности, известная, песня «Вечор поздно из лесочку я коров до­ мой гнала», описывающая ее первую встречу с Шереметевым.

7.5. СВАРКА

Сварка первоначально была тесно связана с кузнечным де­ лом. Кузнец соединял отдельные куски металла в единое целое с помощью молота на наковальне. Первые пушки изготавлива­ лись кузнецами, которых можно назвать и сварщиками. Из длинных железных полос они сваривали кузнечным способом цилиндры, закрытые с одной стороны, добиваясь прочности и герметичности. Однако такая технология была мало продуктив­ ной и недостаточно надежной. Вскоре литые бронзовые и чу­ гунные пушки вытеснили сварные. Однако сварка продолжала осуществляться кузнецами.

Сварка оставалась чисто кузнечной операцией до 1801 г., когда Роберт Харк создал водородно-кислородную горелку для сварки железа и стали. В 1886 г. Эли Томсон запатентовал про­ цесс сварки, использующий повышенное электрическое сопро­ тивление в зоне контакта. Русский изобретатель Николай Нико­ лаевич Бенардос (1842-1905 гг.), полтавский помещик, в 1882 г. применил для сварки металлов электрическую дугу, которая возбуждалась между угольным электродом и изделием. Бенар­ дос разработал технологию электродуговой сварки в стык, вна­ хлест, заклепками, контактную точечную сварку, а также резку металла. В 1888 г. инженер Николай Гаврилович Славянов (1854-1897 гг.), управляющий Пермскими сталелитейным и пушечным заводом, усовершенствовал способ Бенардоса, при­ менив металлический электрод. Он назвал свой способ «элек­ тросваркой металлов» (1890 г.). Этим способом ему удалось ис­ править целый ряд забракованных на заводе изделий. По шву металлические изделия оказывались более прочными, чем по целому металлу. С именем Н.Г Славянова связано также изо­ бретение и широкое применение первых в мире электросвароч­ ных автоматов, нашедших применение не только в России, но и за рубежом.

таточно взглянуть на большую дисковую пилу (фрезу), чтобы убедиться в справедливости этого требования. Действительно, режущая часть пилы должна иметь прочность и твердость, зна­ чительно превышающие прочность и твердость ступицы, нуж­ ной в основном для закрепления фрезы на станке.

А как часто необходимо, чтобы изделие имело особые свой­ ства, однако металлургия не может удовлетворить все запросы конструкторов. Химический состав металла во всем объеме за­ готовки, поставляемой металлургией, на машиностроительном заводе изменить невозможно, а хотелось бы иметь различия в химическом составе, допустим, по толщине (листа, втулки, со­ суда, инструмента).

Быть может, именно детские куличики из песка подсказали примерно 200 лет назад П.Г Соболевскому идею его статьи в «Горном журнале», положившей начало порошковой металлур­ гии. Однако порошковая металлургия была известна в глубокой древности. Судя по археологическим находкам, порошки и из­ делия из них применяли еще в Киевской Руси, но впоследствии малопроизводительная технология была забыта и возродилась в 1826 г., как считается, именно с опубликованием этой статьи.

Технология порошковой металлургии состоит из ряда по­ следовательных операций: получение порошка из металла, прессование (брикетирование), спекание (увеличение прочно­ сти) брикетов. При производстве некоторых видов спеченных материалов широко применяют пропитку спрессованного, а за­ тем спеченного пористого каркаса из более тугоплавкого ком­ понента жидкой легкоплавкой металлической составляющей композиции. При этом жидкий металл или сплав заполняет со­ общающиеся поры заготовки из тугоплавкого компонента. Так, вольфрам пропитывают медью или серебром, никель - сереб­ ром, вольфрамовое или углеродное волокно - медью или ее сплавами.

При спекании совершаются сложные физико-химические процессы, весьма чувствительные к окружающей газовой среде. В большинстве случаев нагрев прессовок проводят в среде за­ щитного газа, состав которого тщательно контролируют, или в вакууме, что предохраняет металлы от окисления.

Восстановительная атмосфера обеспечивает восстановление окисных пленок, имеющихся на поверхности частиц. Правиль­ ный выбор защитной атмосферы способствует получению спе­ ченных деталей высокого качества.

Разновидностью порошковой металлургии в первом при­ ближении можно считать разработанную в последние десятиле­ тия XX в. в МГИУ технологию получения деталей из металли­ ческой стружки (О.А. Ганаго, В.Н. Субич, Н.А. Шестаков и др.). Стружка, образующаяся в процессе механической обработки ме­ таллов, обычно отправляется в лереплавку. Технологический процесс получения изделий непосредственно из стружки посред­ ством горячей пластической деформации является новым пер­ спективным направлением в металлургии.

7.7. РУССКИЕ УЧЕНЫЕ-МЕТАЛЛУРГИ

7.7.1. П.П. Аносов

Павел Петрович Аносов (1797-1851 гг.) - сын чиновника Бергколлегии (Горной коллегии) родился в Перми. Когда ему было 9 лет, скончался его отец, а вскоре и мать. Два брата - Па­ вел и Василий остались на попечении деда Льва Собакина, ме­ ханика Камско-Воткинских заводов. В 1809 г. они были опре­ делены в Горный кадетский корпус (Санкт-Петербург), где учи­ лись «за счет хребта Уральского» - на стипендию из средств главного управляющего горных заводов Урала. Павел был пер­ вым учеником, награжден золотой медалью «за примерное бла­ гонравие, весьма похвальное поведение и успехи: весьма хоро­ шие в геогнозии, технологии, пробирном искусстве и маркшей­ дерском искусстве». В 1817 г. он был назначен в Златоустинский горный округ, получив 500 руб. «на обзаведение». Из этих денег он купил себе микроскоп.

Два года Аносов работал практикантом, несколько лет был управляющим оружейной фабрики. По указанию Императора Александра I для налаживания технологического процесса был приглашен специалист из Германии (Золинген). Основой про­ изводства был кричный горн, затем железо выдерживалось

8-10 суток в ящике с угольным порошком и переплавлялось без контакта с углеродом в тигельном горшке для получения литой стали.

С 1828 г. Аносов постоянно ведет рукописный «Журнал опытом», в котором имеется 186 записей. В 1831 г. он впервые в России стал использовать в металловедении микроскоп. Вско­ ре появилась запись, об одной из сталей: «узоры, подобные по расположению булатным». В 1837 г. в «Горном журнале» поя­ вилась его статья «О приготовлении литой стали». Практиче­ ский успех сопутствовал научному: Аносов получил Демидов­ скую премию за создание высококачественных серпов и кос, позволивших отказаться от закупок в Австро-Венгрии.

Первоначально Аносов считал, что знаменитый булат явля­ ется сплавом железа с марганцем, хромом, серебром, золотом, платиной. Однако, успех пришел после плавки в тигле в тече­ ние пяти с половиной часов железа с высокосортным углеро­ дом. Очень важным оказались чистота исходных материалов, методы охлаждения и кристаллизации. Ранее немцы получали так называемые дамасцированные стали, имеющие соответст­ вующий узор, но не качество. В 1841 г. вышла знаменитая во всем мире работа Аносова «О булатах». Приведем одну фразу из отзыва о работах Аносова: «Г Аносову удалось открыть спо­ соб приготовления стали, которые имеют все свойства столь высоко ценимого азиатского булата и превосходят своей добро­ той все изготавливаемые в Европе сорта стали».

Кроме булатных сталей Аносов создал легированные стали с содержанием марганца от 1 до 2%. Аносова можно считать не только металлургом, но и геологом, и химиком. Он создал ма­ шину для золотых приисков, которая применялась не только в России, но и в Египте. Известен «спирифер Аносова» - иско­ паемое плеченогое.

В конце жизни П.П. Аносов был начальником Златоустинского горного округа в чине генерал-майора. В центре города ему установлен памятник. Туристам в Златоусте рекомендуют купить в заводском магазине в качестве сувенира топоры.

7.7.2.Д.К. Чернов

В1900 г. на Парижской всемирной выставке от комиссии экспертов по металлургии от Французской Академии Наук вы­ ступал директор крупнейшего завода Поль Монгольфье: «Счи­ таю своим долгом открыто и публично заявить в присутствии стольких знатоков и специалистов, что наши заводы и все ста­ лелитейное дело обязаны настоящим своим развитием и успе­ хом в значительной мере трудам и исследованиям русского ин­ женера Чернова. Приглашаю вас выразить ему искреннюю при­ знательность и благодарность от имени всей металлургической промышленности...»

Дмитрий Константинович Чернов (1839-1921 гг.) родился и

вырос в Петербурге, в семье чиновника невысокого ранга. Мальчик прекрасно осваивал все предметы гимназического курса. Он был склонен к безмолвному размышлению, к отвле­ ченным рассуждениям. Необычайно острая наблюдательность привела Чернова к открытию, составившему ему мировое имя.

Дарование это проявлялось везде и всюду. Он часами рас­ сматривал старинные скрипки итальянских мастеров, стараясь разгадать их таинственную особенность. В конце концов, ему удалось изготавливать скрипки, настолько схожие с итальянски­ ми, что специалисты часто не в состоянии были их различить.

Девятнадцати лет Чернов оканчивает Петербургский техно­ логический институт и остается в нем преподавателем матема­ тики. Одновременно он зачисляется вольнослушателем на фи­ зико-математический факультет Петербургского университета, где в это время математику преподавали Остроградский и Че­ бышев. Закончив университетский курс, Чернов еще несколько лет оставался преподавателем в Технологическом институте.

В 1866 г. он оставил преподавательскую деятельность и по приглашению Павла Матвеевича Обухова начал работать на за­ воде, где ему поручили исследовать вопрос о плохом качестве орудий. Молодой инженер почти два года не покидал мастер­ ских и полигона. Далеко не все пушки были плохи: одни отли­ чались высокой прочностью, другие разрывались при первых выстрелах. Чернов установил, что срок службы пушек выше, если сталь имеет мелкозернистое строение. Дмитрий Констан­

тинович понял, что секрет заключается в технологии литья и ковки заготовок.

Используя, опыт старых мастеров и собственной интуици­ ей, Чернов быстро .научился определять степень нагрева по цве­ ту болванки. Сталь принимает при нагревании последовательно различные цвета каления от темнокрасного до ослепительно бе­ лого, а при охлаждении наблюдается обратная последователь­ ность. При этом со сталью происходили странные процессы: постепенно темнеющая масса металла в какой-то момент осты­ вания внезапно раскалялась, словно вспыхивала, а затем снова начинала темнеть и равномерно охлаждалась. Чернов понял, что сталь может проходить некоторые критические точки, соот­ ветствующие какой-то определенной температуре, которые по­ лучили впоследствии название «критических точек Чернова». Результаты исследований были опубликованы на русском и французском языках.

Сталь, нагретая ниже «точки А» (современные точные изме­ рения дают значение 727°С), не закаливается. Если нагревание не дошло до «точки В», то сталь будет закаливаться, но останет­ ся крупнозернистой. При нагревании выше «точки В» (примерно 800-850°С) сталь изменит свою структуру на мелкозернистую. «Точка С» совпадает с температурой плавления стали.

Далее им были проведены работы по созданию русского способа бессемеровского процесса, учитывающего химический состав русского чугуна, разработаны корабельная броня и бро­ непробивающие снаряды и многое другое. Тридцать лет Дмит­ рий Константинович читал лекции по сталелитейному делу в Петербургской артиллерийской академии.

Осенью 1916 г. врачи отправили старого профессора в Ялту на отдых и лечение. Там его застала гражданская война и смерть. Но незадолго до окончательного установления советской власти в Крыму с ним произошла история, характеризующая его как ис­ тинно русского человека и патриота. Британское правительство поручило командиру одного миноносца передать знаменитому металлургу приглашение прибыть в Лондон. Дмитрий Констан­ тинович отказался переселиться в Англию и остался в Ялте, спо­ койно ожидая вступления Красной Армии в город.

Д.К. Чернов был бессменным председателем Металлогра­ фической комиссии Русского технического общества, почетным членом общества технологов, пожизненным почетным предсе­ дателем Русского металлургического общества, почетным чле­ ном Американского института горных инженеров, почетным членом Лондонского Королевского общества искусств, наук и промышленности, почетным вице-президентом Британского института железа и стали и имел еще ряд почетных званий.

7.7.3. И.П. Бардин

Иван Павлович Бардин (1883-1960 гг.) родился в селе Иверский Устюг Саратовской губернии в семье сельского портного. Сначала он учился в сельской школе, а после переезда родите­ лей в Саратов - в городском ремесленном училище. Основными предметами были физика и математика, но по шесть часов каж­ дый день приходилось проводить за верстаком, постигая прак­ тическое мастерство. Затем в судьбу Бардина вмешалась тетка, сельская учительница, которая хотела, чтобы ее племянник стал агрономом или землемером. Бардин закончил сельскохозяйст­ венную школу, а в 1906 г. поступил в Киевский политехниче­ ский институт. Прослушав цикл лекций профессора-металлурга В.П. Ижевского, он понял, что отныне его жизнь будет принад­ лежать только металлургии. Окончив в 1910 г. Киевский поли­ технический институт, Бардин не нашел для себя в России ра­ боты. В 1910-1911 гг. он был рабочим на заводах США, затем работал на металлургических заводах Юга России.

Большую роль в жизни Ивана Павловича сыграла совмест­ ная работа с выдающимся инженером-металлургом М.К. Курако. Бардин являлся одним из руководителей строительства Куз­ нецкого металлургического комбината. В 1932 г. ему было при­ своено звание академика, а в 1942 г. он стал вице-президентом Академии наук СССР. С 1939 г. он руководил Институтом ме­ таллургии АН СССР, с 1944 г.- Центральным научноисследовательским институтом черной металлургии, который с 1960 г. носит его имя. Во время Великой отечественной войны Иван Павлович руководил работами Академии наук, направ­